CN112367207B - 一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备及匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备及匹配方法，所述物联网设备用于连接控制器以及监控平台，所述物联网设备用于向建立有MODBUS通信协议数据库且将烤房、物联网设备以及控制器信息绑定的监控平台发送通信协议查询信息，接收监控平台返回的MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，基于通信参数和寄存器地址与绑定的控制器通信，读取其寄存器地址中的数据并将读取的数据并发送至监控平台。本发明用以实现原有烤房控制器的物联网升级，降低新建烤房控制器及物联网模块的改造成本。

Description

一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备及匹配方法
技术领域
本发明主要涉及烟叶烘烤相关技术领域，具体是一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备及匹配方法。
背景技术
在烟叶烘烤相关规范性文件中，对烤房控制器都规定了预留外部控制的RS485接口，采用MODBUS通信协议，可用于连接物联网模块以实现远程监控。目前越来越多的厂家为烤房控制器安装了物联网设备，物联网设备经RS485接口读取控制器的运行数据，然后将数据发送至监控平台，烘烤人员可以通过网页、微信公众号、手机APP等方式查看烤房运行状态，实现远程故障报警，对提高烘烤质量和降低人力消耗起到了积极的效果。
但由于未规定统一的MODBUS通信协议和远程监控平台，因此各个厂家开发的控制器RS485接口的通信协议各不相同，建立的远程监控平台也互相独立，操作界面不统一。如果烟草公司要对所有的烤房进行监控，需要使用十几个，甚至几十个微信公众号和手机APP，并且烤房的运行数据分散在各个厂家的监控平台，烟草公司无法获得烤房运行数据，难以实现有效监管。
为了对烤房的运行状态进行有效监管，掌握所有烤房的运行数据，需要建立统一的远程监控平台，只需要使用一个微信公众号和一个手机APP，对烤房运行数据集中管理和分析，实现烘烤生产管理的智能化升级。为了实现这一目标，按照开发控制器物联网设备的正常技术路径，首先要制订控制器RS485接口的MODBUS通信协议标准，指定官方唯一的监控平台服务器和远程通信协议，这样，物联网设备按照MODBUS通信协议标准读取控制器的运行数据，然后按照远程通信协议将数据发送至官方监控平台，实现数据传输的全流程标准化。
但是目前，建立统一的监控平台难以推动，控制器上预留的RS845接口没有发挥应有的作用，主要是因为长期面临以下问题：
(1)烤房类型繁多，除了常见的燃煤烤房，近年来，热泵、生物质、燃气、太阳能、集中供热等新型烤房也相继出现和不断发展，各种烤房的技术参数存在较大差异，各个控制器厂家，在制订MODBUS通信协议标准之前，需要征求意见、论证、实践检验等过程，周期较长。
(2)原有烤房大部分都已经安装了控制器，这些控制器采用的MODBUS通信协议都是厂家自定义的，因此采用标准MODBUS通信协议的物联网模块无法读取控制器的运行数据，而通过升级原有烤房控制器软件，将自定义通信协议修改至标准MODBUS通信协议的开发工作量大，且需要技术人员到控制器安装现场进行升级，人力成本高。
(3)很多新建烤房的控制器已经配套物联网模块，厂家耗费了大量的开发成本，但是物联网模块和控制器之间的MODBUS通信协议是厂家自定义的，如果更改为标准的MODBUS通信协议，控制器和物联网模块需要重新开发，厂家具有较大抵触情绪。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备及匹配方法，以实现原有烤房控制器的物联网升级，降低新建烤房控制器及物联网模块的改造成本。
本发明的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备，所述物联网设备用于连接控制器以及监控平台，
所述物联网设备用于向建立有MODBUS通信协议数据库且将烤房、物联网设备以及控制器信息绑定的监控平台发送通信协议查询信息，接收监控平台返回的MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，基于通信参数和寄存器地址与绑定的控制器通信，读取其寄存器地址中的数据并将读取的数据并发送至监控平台。
进一步，所述物联网设备通过RS485接口连接控制器，通过无线网络连接监控平台。
进一步，所述物联网设备还具有接口用于连接电源、摄像头、传感器以及远程升级服务器。
进一步，所述的烤房、物联网设备以及控制器信息绑定包括：
烤房地址和编号、物联网设备IMEI号以及控制器MODBUS通信协议；
物联网设备与监控平台建立通信连接后，发送的数据都包含IMEI号，由监控平台根据IMEI号关联对应烤房信息和MODBUS通信协议。
进一步，所述物联网设备接收监控平台返回的MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，不包括变量数据格式。
根据本发明的另一方面，提供一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备的匹配方法，所述方法包括：
在监控平台建立MODBUS通信协议数据库，将各个厂家烘烤控制器的通信协议导入数据库；
将物联网设备安装在控制器上，连接对应接口；
在监控平台将烤房、物联网设备以及控制器信息绑定；
将控制器和物联网设备接通电源；
物联网设备连接监控平台，根据物联网设备与控制器的绑定关系，从监控平台获取控制器MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址；
物联网设备按照通信参数与控制器进行通信，读取寄存器中的数据；
物联网设备连接监控平台，将寄存器数据上传至监控平台。
进一步，所述的烤房、物联网设备以及控制器信息绑定包括：
烤房地址和编号、物联网设备IMEI号以及控制器MODBUS通信协议；
物联网设备与监控平台建立通信连接后，发送的数据都包含IMEI号，由监控平台根据IMEI号关联对应烤房信息和MODBUS通信协议。
进一步，物联网设备从监控平台获取控制器MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，不包括变量数据格式；
监控平台根据MODBUS通信协议中的变量数据格式对寄存器数据进行解析，获得烤房运行数据。
进一步，监控平台对烤房运行数据进行至少包括显示、存储、分析、报警、统计的处理。
进一步，控制器的MODBUS通信协议发生改变时，则把更新的通信协议导入MODBUS通信协议数据库。
本发明的有益效果：
(1)常规方案需要制定烤房控制器的MODBUS通信协议标准，烤房控制器和通信模块必须按照该标准互相通信，即所有厂家的控制器和通信模块都必须按照该通信标准；
本发明无需制定烤房控制器的MODBUS通信标准，而是将不同厂家的MODBUS通信协议建立成通信协议数据库，存储在监控平台，并且可以随时修改和增加，具有灵活性，所以本发明中，各个厂家控制器的通信协议可以各不相同，监控平台与本发明的物联网设备配合工作，实现自动匹配各个厂家控制器的通信协议。
(2)常规方案中，控制器与通信模块的通信协议中包括寄存器中的变量数据格式，通信模块从控制器读取寄存器数据，再将寄存器数据进行解析，得到烤房运行数据，然后将烤房运行数据转换为服务器通信协议中的变量数据格式，发送到监控平台，可见通信模块要对数据格式进行两次转换；
本发明的物联网设备与通信模块的通信过程中，只包括通信参数、寄存器地址，不包括寄存器中的变量数据格式，因此物联网设备从控制器读取寄存器数据，不进行解析，直接发送到监控平台，可见物联网设备不需要对数据格式进行转换。
(3)常规方案，通信模块和监控平台的服务器通信协议需要规定变量的数据格式，协议内容复杂，以便于兼容所有类型的烤房控制器的特殊性，监控平台根据数据格式对接收到的数据进行解析，得到烤房运行数据；
本发明中，物联网设备和监控平台之间的服务器通信协议不包括变量数据格式，物联网设备直接将寄存器数据转发给监控平台，监控平台根据控制器的MODBUS通信协议中的数据格式对接收到的数据进行解析，即可得到烤房运行数据。
(4)常规方案，要实现现有烤房的物联网升级改造，则必须修改控制器的软件，从自定义MODBUS通信协议修改为标准通信协议，但是因为原控制器不具有远程升级功能，必须技术员现场升级，且由于老版本较多，升级成本太高，因此只有淘汰原控制器，更换为符合标准的控制器，成本较高；
本发明的物联网设备，只需在监控平台中录入烤房控制器的MODBUS通信协议，物联网设备和烤房控制器自动匹配，烤房的运行数据由监控平台来解析得到，从而实现对原有烤房控制器的物联网升级，无需修改控制器的软件，对于新建的具有物联网模块的烤房控制器，只需要更换为通用物联网模块，无需更换控制器，也无需修改控制器软件，降低了开发和升级成本。
附图说明
附图1为本发明物联网设备接口图。
附图2为本发明物联网设备匹配方法流程图。
附图3为本发明建立MODBUS通信协议数据库流程图；
附图4为本发明烤房、物联网设备、控制器绑定流程图；
附图5为本发明物联网设备工作流程图；
附图6为本发明监控平台处理物联网设备发送信息的流程图；
附图7为本发明物联网设备电源相关电路图；
附图8为本发明物联网设备单片机及外围相关电路图；
附图9为本发明物联网设备4G通信相关电路图；
附图10为本发明物联网设备RS485接口相关电路图。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本发明实施例所提供了一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备。本物联网设备的作用是连接烟叶烘烤控制器和监控平台。如图1所示，本发明所述物联网设备，除了连接控制器之外，还有若干备用的RS485接口，用于连接摄像头和传感器。通过控制器的RS485接口读取烤房运行数据，通过备用RS485接口采集图像和传感器数据，通过4G网络发送到监控平台。物联网接口设备具有远程升级功能，远程升级服务器和监控平台可以采用互相独立的服务器，也可以采用同一个服务器。
本发明主要涉及控制器、物联网设备、监控平台之间的通信，包括两个环节：
(1)物联网设备与控制器之间的通信
采用基于RS485接口的MODBUS通信协议，包括两个部分：
a.通信参数，包括波特率、数据位、校验位、停止位等参数；
b.数据格式，包括寄存器地址和寄存器中的变量数据格式。
物联网设备必须采用与控制器相同的MODBUS通信协议，才能通过控制器读取烤房的运行数据，因为各个厂家的通信协议不同，虽然部分厂家开发了物联网设备，但是只能与自己厂家的控制相匹配，互不兼容。本发明所述物联网设备经过远程自动匹配，兼容所有采用MODBUS通信协议的控制器。
(2)物联网设备与监控平台之间的通信
物联网设备将烤房运行数据发送到监控平台，要实现正常通信，必须统一服务器通信协议，包括两部分：
a.通信参数，包括服务器域名、端口号、传输协议；
b.数据格式，由信息标识、设备编号、变量数据格式、结束符等组成。
物联网设备必须采用与监控平台相同的通信协议，才能将烤房运行数据发送到监控平台。对于已经开发物联网设备的厂家，由于采用通信协议不同，需要修改物联网设备的软件，才能按照标准通信协议将数据发送到监控平台。因为物联网设备一般具有远程升级功能，各个厂家能够将远程物联网设备升级为采用统一的通信协议，无需人员到现场升级，消耗的人力很少。
关于本发明通用物联网设备相关电路说明参考图7～图10。
(1)接口说明：接口主要包括电源接口、调试接口、RS485接口。
P1：电源接口，输入DC12V，为设备供电。
P2：调试接口，用于更新设备软件和调试设备。
J1：RS485接口，连接控制器。
J2～J4：3个备用RS485接口，用于连接摄像头和传感器。
(2)电路说明和主要元件选型：
电源电路部分，采用LM2596S电源芯片将12V转换为5V，给其他部分电路供电，同时也作为RS485接口的电源之一，采用MIC29302将5V转换为4.2V，为4G通信模块供电，采用LM1117-3.3将4.2V转换为3.3V，为其他部分电路供电。
单片机及外围电路：单片机采用STM32F103VET6，32位芯片，工作频率72MHZ，外围电路包括复位电路、晶振电路、指示灯、备用电池等。
4G通信电路：采用SIM760CE通信模块，贴片式SIM卡，经UART接口与单片机通信。
RS485接口电路：4个RS485接口电路相同，采用MAX3485接口芯片。
如图2～6所示，为本发明实施例所提供的物联网设备与控制器的匹配方法。
匹配方法如图2所示，经过9个步骤即可从监控平台获取烤房的运行数据，无需修改控制器的软件，即可实现对现有控制器的物联网升级，并统一监控平台。本方法中的物联网模块和监控平台相互配合工作，增加了匹配过程。
(1)MODBUS通信协议数据库
目前国内大概有百余家控制器厂家，根据行业技术规范，预留外部控制的RS485接口，采用MODBUS通信协议，但是技术规范中并未规定MODBUS通信协议的通信参数和数据格式，因此各个厂家采用自定义的MODBUS协议，互不相同。
在监控平台中建立MODBUS通信协议数据库，将各个厂家的MODBUS通信协议导入数据库，如图3所示。由于厂家的产品不断升级，如果MODBUS通信协议发生改变，则把更新的通信协议导入数据库即可。
(2)烤房、物联网设备和控制器的信息绑定
如图4所示，在监控平台将烤房(地址和编号)、物联网设备(IMEI号)、控制器(MODBUS通信协议)等信息绑定。物联网设备与监控平台建立通信连接后，发送的数据都包含IMEI号，监控平台根据IMEI号来关联对应的烤房信息和MODBUS通信协议。
(3)烤房控制器与物联网设备的匹配
在烤房、物联网设备和控制器的信息绑定后，将控制器和物联网设备接通电源，物联网设备连接监控平台，根据物联网设备与控制器的绑定关系，获取控制器MODBUS通信协议相关信息，包括通信参数和寄存器地址，不包括变量数据格式。然后，物联网设备与控制器进行通信，读取寄存器中的数据，但不进行解析，再连接监控平台，将寄存器数据上传至监控平台，监控平台根据MODBUS通信协议中的变量数据格式，对寄存器数据进行解析，获得烤房运行数据，监控平台对烤房运行数据进行显示、存储、分析、报警、统计等处理。
物联网模块的工作流程如图5所示，其中，尤其需要说明的是以下2个步骤：
(a)物联网模块向监控平台发送查询通信协议信息
该信息至少包括信息标识和IMEI编号两部分，IMEI号就是物联网设备号，具有唯一性，监控平台收到查询信息后，根据IMEI号就可关联对应的烤房和控制器MODBUS通信协议。监控平台无需将完整的通信协议返回给物联网设备，只将通信参数和寄存器地址返回给物联网设备。
比如，以@5x作为查询信息标识，查询信息格式设置为：
@5x,IMEI,#0
监控平台返回信息格式为：
@5b,address1,address2,…,addressn,#0
示例：
物联网设备发送：
@5x,864626043617783,#0
监控平台返回：
@5b,864626043617783,1,2,3,4,5,10,11,12,13,14,15,16,17,20,21,22,23,24,25,26,50,51,52,53,54,55,56,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139,#0
(b)物联网模块将读取的寄存器数据发送至监控平台
物联网设备不对寄存器数据进行解析，直接将读取的寄存器数据发送到监控平台，由监控平台完成解析寄存器数据的工作。
比如，物联网设备发送寄存器数据的格式设置为：
@5y,IMEI,register1,register2,…,registern,#0
示例：
物联网设备发送：
@5y,864626043617783,1,1,1,1,1,10,10,10,10,10,10,10,10,20,20,20,20,20,20,20,50,50,50,50,50,50,50,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,110,110,110,110,110,110,110,110,110,110,120,120,120,120,120,120,120,120,120,120,130,130,130,130,130,130,130,130,130,130,#0
监控平台返回：
@5b,#0
监控平台处理物联网设备发送信息的流程如图6所示，处理两种信息：
(1)物联网设备发送的查询通信协议的信息，比如上面列出的以@5x为开头，则表明是查询信息。
(2)物联网设备发送的寄存器数据信息，比如上面列出的以@5y为开头，则表明是寄存器数据信息。
为了建立统一烤房控制器的远程监控平台，按照开发控制器物联网设备的正常技术路径，首先要制订控制器RS485接口的MODBUS通信协议标准，统一监控平台的服务器和通信协议。物联网设备按照标准的MODBUS通信协议从控制器读取烤房运行数据，然后将烤房运行数据发送至监控平台，实现数据传输的全流程标准化。然而制定标准周期长，已有烤房控制器进行物联网升级的成本高且难以实施，因此，行业内一直未实现统一的监控平台。
本发明在没有建立制订烤房控制器MODBUS通信协议标准的情况下，提供了一种建立统一监控平台的技术路径，降低了对现有烤房进行物联网升级的成本。

Claims (10)

1.一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备，所述物联网设备用于连接控制器以及监控平台，其特征在于：
所述物联网设备用于向建立有MODBUS通信协议数据库且将烤房、物联网设备以及控制器信息绑定的监控平台发送通信协议查询信息，接收监控平台返回的MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，基于通信参数和寄存器地址与绑定的控制器通信，读取其寄存器地址中的数据并将读取的数据并发送至监控平台。
2.根据权利要求1所述的适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备，其特征在于，所述物联网设备通过RS485接口连接控制器，通过无线网络连接监控平台。
3.根据权利要求1所述的适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备，其特征在于，所述物联网设备还具有接口用于连接电源、摄像头、传感器以及远程升级服务器。
4.根据权利要求1所述的适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备，其特征在于，所述的烤房、物联网设备以及控制器信息绑定包括：
烤房地址和编号、物联网设备IMEI号以及控制器MODBUS通信协议；
物联网设备与监控平台建立通信连接后，发送的数据都包含IMEI号，由监控平台根据IMEI号关联对应烤房信息和MODBUS通信协议。
5.根据权利要求1所述的适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备，其特征在于，所述物联网设备接收监控平台返回的MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，不包括变量数据格式。
6.一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备的匹配方法，其特征在于，所述方法包括：
在监控平台建立MODBUS通信协议数据库，将各个厂家烘烤控制器的通信协议导入数据库；
将物联网设备安装在控制器上，连接对应接口；
在监控平台将烤房、物联网设备以及控制器信息绑定；
将控制器和物联网设备接通电源；
物联网设备连接监控平台，根据物联网设备与控制器的绑定关系，从监控平台获取控制器MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址；
物联网设备按照通信参数与控制器进行通信，读取寄存器中的数据；
物联网设备连接监控平台，将寄存器数据上传至监控平台。
7.根据权利要求6所述的一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备的匹配方法，其特征在于，所述的烤房、物联网设备以及控制器信息绑定包括：
烤房地址和编号、物联网设备IMEI号以及控制器MODBUS通信协议；
物联网设备与监控平台建立通信连接后，发送的数据都包含IMEI号，由监控平台根据IMEI号关联对应烤房信息和MODBUS通信协议。
8.根据权利要求6所述的一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备的匹配方法，其特征在于，
物联网设备从监控平台获取控制器MODBUS通信协议中的通信参数和寄存器地址，不包括变量数据格式；
监控平台根据MODBUS通信协议中的变量数据格式对寄存器数据进行解析，获得烤房运行数据。
9.根据权利要求6所述的一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备的匹配方法，其特征在于，监控平台对烤房运行数据进行至少包括显示、存储、分析、报警、统计的处理。
10.根据权利要求6所述的一种适用于烟叶烘烤控制器的通用物联网设备的匹配方法，其特征在于，控制器的MODBUS通信协议发生改变时，则把更新的通信协议导入MODBUS通信协议数据库。
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